 
数据表第1号:2000年12月

使用根据 IEC 61643 -1 等级I条款测试的电涌防护器时
应考虑的注意事项

前言:
称为电涌防护器并经过IEC 61643-1等级I 测试的防护产品,通常被错误地称为“等级I 电涌防护器:。而事实上IEC的等级全为测试等级,任何产品都可以置于其三个等级之一。
通常情况下,具有高泄流能力的电涌防护器会根据IEC 61643-11 的等级I 的条款进行测试。
这篇文章所关注的就是这种类型的电涌防护产品。
首先必须对可用的技术类型进行区分,因为在实际应用中,不同的技术类型有不同的优势与劣势
几个定义
续流:
电涌防护器泄放完电涌电流后继续保持的电源泄漏电流:
此种特性为“火花隙”式技术的电涌防护器所特有。此续流的电流值大致相等于该电涌防护器安装点的短路电流值(Isc)。为避免由此带来的安全问题及供电中断问题,电涌防护器本身打破这个电流,最起码使之下降到一个由制造商规定的值。
空气火花隙:
此设备通常由两个相对的电极组成,当电涌的幅度达到一定的值时电极之间产生电弧放电(紧接着的是续流)。为能迅速地“熄灭”续流,电弧扑灭技术被应用,然而这种技术却导致了设备向外界排放热气体。
密封型火花隙: 熄灭续流时不向外排出热气体的空气火花隙。此种技术通常以牺牲续流熄灭能力为代价。
气体火花隙: 电极被装置在密封的空间之中,内充稀有的、压力受到控制的混合气体,此种设备为电信网络的理想防护器材,它的主要特性为具有相当小的漏电流。
可变电阻: 由锌氧化物(ZnO )作成的非线性器件(其电阻值根据极端电压而变化),用于限制极间电压。这种技术不存在续流,因此这种元件为电源系统(高压和低压)的理想防护器件。
火花隙/可变电阻: 系列元件的组合设计以使产品获得两种技术的优点:无漏电流、较低的Up值(火花隙)及无续流。
限定二极管: 齐纳型二极管,(电压限制),其独特的结构设计使其遇到电涌时有突出的限压特性。这种元件的突出特点是非凡的响应时间。

对比
注:
- 以下列举的数值仅供参考,根据产品的型号几制造商的不同,数值可能会变化。
- 稳定状态下的最高电压值(Uc)为440V。
| 技术类型 |
空气火花隙 |
密封火花隙 |
气体火花隙 |
可变电阻 |
火花隙/可变电阻 |
高速二极管 |
| 放电电流
(Imax) 8/20 |
> 100 kA |
> 100 kA |
10-50 kA |
15-100 kA |
10-50 kA |
100A |
| 放电电流
(Iimp) |
> 50 kA |
> 25 kA |
> 5 kA |
> 3 kA |
> 3 kA |
< 10A |
| 保护级别 (Up) |
> 3 kV |
> 3 kV |
> 1.5 kV |
> 2 kV |
> 1.5 kV |
< 1 kV |
| 低压系统中自启动 |
> 25 kA |
> 1.5 kA |
> 100 A |
没有限制 |
没有限制 |
没有限制 |
| 续流 |
是 |
是 |
是 |
否 |
否 |
否 |
| 在额定Uc时的漏流(If) |
<< 0.1 mA |
<< 0.1 mA |
<< 0.1 mA |
<< 0.1 mA |
<< 0.1 mA |
< 0.1 mA |
| 对外界产生影象 |
是 |
否 |
否 |
否 |
否 |
否 |
| End of life |
开路 |
开路 |
开路 |
持续发热 |
持续发热 |
短路 |
使用条件:
1- 空气火花隙必须被安装在一个独立于主配电柜的封闭空间内,以防止它对主配电柜内其它器件的影响。必须时刻注意安装在尾部的、用于熄灭电弧的电弧通道及排放热空气的排气孔。正确确定其周边的及其内部的最短距离至关重要。
2- 安装在相线-零线之间或相线-地线之间的火花隙会产生50Hz的续流(短路电流)。所谓自熄灭火花隙为续流能在小于一个半周期的时间内自动熄灭的火花隙。
3- 当第一级火花隙保护和第二级保护之间的距离很远时(几百米),采用可变电阻的二级保护中溢出的小电涌电流在该长线距中产生电压,此电压会导致一级保护中的火花隙放电,虽然这种动作是完全不必要的,但当续流堆积时,供电的连续性就会受到威胁。
4- 位于火花隙的上游、为防止短路产生大电流而安装的保险丝或其它同类型的设备,可因续流(即使续流的时间很短)或在等级1测试中所使用的一些较长的波形而断开,从而导致下游设备的供电中断。事实上,保险丝及断路器等在这种类型的冲击下的耐受力是随机的,而在大多数情况下都会导致开路动作。我们可以为与电涌防护器连用的断路装置建议一些参数,但线路上的其它设备会处于危险之中。
即使安装一个特设参数的断路器,它同样不能承受长时延高幅值(等级1测试)的冲击而不做断路动作。
5- 使用火花隙产品(高残压)习惯上都会与其它的电涌防护器配合使用,相比较而言,这种方案导致了费用的增加。
6- 为确保火花隙与可变电阻的协调动作,要求两者之间安装退耦装置(或使两者之间保持相当的距离)。退耦装置是串联在线路上的,必须根据线路上的 额定电流来设计,这影响了电路的正常操作并导致了费用的增加。
7- 在建筑物入线端使用火花隙会产生欠压(放电,电压下降),使线路上的设备会日益损耗。
8- 行内的专家们的经验显示,这些解决方案在时间上(波形)及幅度上的应用通常都是过大的。不应忘记,被EDF应用于架空网络的中型电涌防护器,其标称值为5KA 8/20,它所对应的峰值电流Imax为40KA 8/20,在实际应用之中没有发现任何特殊的维护问题。在大部分情况下,突发性的大电流放电是由于残压所引起的(这仍然是防护的主要目标。放电电流所反应的是产品的耐用性而不是效率)。
EDF的经验是基于安装在中等电压的网络上的、等级为In=5KA、Imax=40KA的700,000个电涌防护器,所记录到的损坏率为0.025%(CIGRE 95年学术讨论会)。
至于各类标准,IEC 60 -099-1 及 60-099-4 建议使用
40 或 65 kA 8/20 Imax 作为中等电压的防护而65kA 8/20作为高电压的防护。
NFC 61740/95标准建议使用最大电流 65 kA作为中等及高电压的防护,十分充足有余。
9- 如果建筑物上没有安装避雷针,这些解决方法没有任何优势(电流幅度达到这种等级的可能性)。
10- 如果安装了避雷针,就应考虑最大电流值,UTE C 15443 的标准建议值为 In=20kA 8/20 波形。
11- 当保护目标是TT系统中进口断路开关的上游,低漏流型的保护类型较为理想,条件是电涌防护产品在寿命结束是短路的(重复雷电脉冲,瞬间电涌等)
注1: 所采用的波形在自然界中不一定相同(闪电中永远不存在8/20波形),这些波形仅用于产品比较及分析产品特性,它们的存在仅是因为波形发生器的存在。世界上仅欧洲几家实验室有能力进行长波形的测试(对于等级1测试而言),这种类型的测试费用不菲(可从产品的级别看出来),而对于欧洲的生产厂家而言,难以取得这种类形的测试。
注2: 长波形的使用(等级1测试)已经相对应一种极端的时延模式,将波形的宽度进行堆积并同时使用极端的幅度是不合理的。如标准里的约定,必须使用£
20kA的电流进行长波形测试(测试等级1)。
返回现实的几个数据…- 一个6kV 、测试等级1的低压电涌防护器,在Ng=1 (每平方公里每年1次雷击)时,其MTBF为1700年。
- 一个25kV 、测试等级2的低压电涌防护器,在Ng=1 (直击雷击中避雷针)时,其MTBF为33000年。
- 一个65kV 、测试等级2的低压电涌防护器,在Ng=1 (直击雷击中避雷针)时,其MTBF为5000年。
- 600KA(8/20)的防护产品在市场上出现。
- Ng=1 法国地区的平均值。 |
结论:
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测试等级1的电涌防护器,只能被应用于已安装有避雷针系统的建筑物内,并且存在保留条件。 |
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作为法国标准NFC
15100 中的一部分, 不建议使用按等级1测试的火花隙产品。 建议采用可变电阻类型的产品。“等级型”电涌防护产品,只在TT接地系统中、被安装在断路器的上游的情况是不合理的。(这是一个在德国被批准的特殊例子) |
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测试等级1电涌防护器在测试中使用的 Iimp=20kA 过大:持续增加千安值无意义并且费用不菲。 |
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线路中的其它电器(断路器、保险丝等)不是按照等级1高幅值的要求所设计的,而且,由于这种高幅值而导致电器(断路器、保险丝等)动作的现象仍未被发现,这似乎证明了这种类型的高幅值(10/350)不存在,或者说,如果存在机会也非常小。 |
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我们可以监测到电涌防护器及其断路器在此类攻击下的反应特性,但因同线路的其它设备没有被监测,从而整体承受能力不能被确定。 |
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不应只求电涌防护器的kA
值过大而损失残压值(残压值增加)。 |
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